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风能资源和风电场开发(二)——我国风能资源分布和影响分布的气象条件

2014-03-05 08:56:39 来源:

(2)热带气旋活动

在我国东南沿海每年夏秋季节经常受到热带气旋的影响。我国现行的热带气旋名称和等级标准见表1。台风是一种直径1000km左右的圆形气旋,中心气压极低,台风中心10~30km范围内是台风眼,台风眼中天气较好,风速很小。在台风眼外壁天气最为恶劣,最大破坏风速就出现在这个范围内。所以一般只要不是在台风正面直接登陆的地区,风速一般小于10级(26m/s),它的影响平均有800~1000km的直径范围,每当台风登陆后我国沿海可以产生一次大风过程,而风速基本上在风力发电机组切出风速(25m/s)范围之内,是一次满发电的好机会。

表1 热带气旋名称和等级标准

在我国登陆台风平均每年有7个,而广东每年登陆台风最多为3.5次,海南次之为2.1次,台湾1.9次,福建1.6次,广西、浙江、上海、江苏、山东、天津、辽宁合计仅1.7次,由此可见,台风影响的地区由南向北递减。

4. 影响风能利用的灾害性天气

(1)台风

台风具有暖性高湿和强烈辐合的特点,它能量很大,来势凶猛,常常伴有狂风、暴雨、风暴潮等强烈的天气,是影响我国的主要灾害性天气系统之一。台风移近海岸时,狂风可引起大范围巨大的海潮,使沿海地区受到猛烈冲击。登陆台风带来的狂风暴雨常使建筑物、输电线路等地面设施遭受严重破坏,对裸露在大气中,以自然风为动力的风力发电机组叶轮构成了很大的威胁,轻者引起发电机组部件损伤,重者造成叶片损坏甚至塔架倾覆。

(2)低温

温度条件也是风电场建设要考虑的一个重要因素。低温下发电机组的运行状况、零部件的性能、机组的可维护性等方面将发生变化。例如随着温度的降低,空气密度将增大,可能使风力发电机组出现过载现象;一般金属材料的疲劳极限随温度的降低而降低,许多主要零部件在高寒环境下存在低温疲劳问题,特别是焊缝处容易脆断破裂;电子电气器件功能受温度影响也较大;有些类型风力发电机组在正常运行时,如温度低于-20度,风速超过额定值后,会产生无规律叶片瞬间振动现象,可导致机组振动迅速增加,影响机组正常发电,后者造成机组停机,同时也可能造成叶片损伤。另外,风力发电机组所使用的油品在低温时流动性变得很差,致使机组难以运转,进而危及设备安全运行。

(3)积冰

积冰是指地面树木,设施等物体表面产生的结冰现象,也称覆冰。积冰对风电场及导线线路有很大的危害,不仅增加了导线、杆件等的垂直载荷,而且使导线、杆件等的界面增大,从而增大机构的挡风面积,使风载荷增加,在积冰严重的地区有时会遭致导线跳头、扭断甚至拉断或结构倒塌等事故。

(4)雷暴

雷暴是积雨云在强烈发展阶段产生的雷电现象。雷暴过境时,气象要素和天气变化都很剧烈,常伴有大风、暴雨以至冰雹和龙卷风,是一种局地性的但却很猛烈的灾害性天气。由于风力发电机组和电线线路多建在空旷地带,处于雷雨云形成的大气电场中,相对于周围环境,往往成为十分突出的目标,很容易发生尖端放电而被雷电击中,雷电释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损坏,发电机绝缘击穿,控制元件烧毁等,致使设备和线路遭受严重破坏,即使没有被雷电直接击中,也可能因静电和电磁感应引起高幅值的雷电压行波,并在终端产生一定的入地雷电流,造成不同程度的危害。

(5)沙尘暴

沙尘暴是指强风将地面大量沙尘卷入空中,使空气混浊,水平能见度小于1km的天气现象。而强沙尘暴则是使空气非常混浊,水平能见度小于500m的天气现象。

沙尘暴发生时,往往狂风大作,黄沙滚滚,遮天蔽日,天空呈土黄色,甚至红黄色,阳光昏暗,能见度非常低,严重时甚至伸手不见五指,强风可吹倒或拔起大树、电杆,刮断输电线路,毁坏建筑物和地面设施,造成人畜伤亡,破坏力极大。

对于风电场来说,沙尘暴的危害是多方面的。首先,沙尘暴都伴随有大风,强沙尘暴风力达8级以上,甚至有的可达12级,相当于台风登陆的风力,大风对风电场的破坏力已不言而喻。其次是大风夹带的沙粒及黄豆大小乃至核桃大的石块还会击打、磨蚀建筑物和其他裸露物体的表面,不仅会使风电机组叶片的表面受到严重磨损,而且还会使叶片表面出现凹凸不平的坑洞,影响风电机组出力,同时严重破坏叶片表面的强度和韧性以及叶片整体的强度,对风电场仪器设备构成较大的危害。另外,沙尘暴在以排山倒海之势向前移动时,还驱动着下层的沙粒也随之一起前行,遇到迎风和隆起的地形,沙尘暴可对土壤造成不同程度的刮蚀,每次风蚀深度可达1~10cm;遇到背风凹洼的地形或障碍物时,随风而至的大量沙尘又会造成沙埋,严重的沙埋深度可达1m以上。如风电场建在迎风坡或地势较高的地区,沙尘暴对土地的刮蚀,会对塔基的牢固程度造成影响,在背风坡或地势低洼的地区,其沙埋作用又可使塔架的高度发生变化,影响风能吸收和转换。

(选自《风力发电技术与风电场工程》杨校生主编出版社:化学工业出版社 )

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